涩北气田数据采集与监控系统设计

发布时间：2019-02-18 08:25

【摘要】：近年来,随着勘探开发的不断深入和技术水平的提高,青海柴达木盆地的天然气储量有了较大的发展,已经具备建设100×108Nm3/a天然气的生产规模。经过多年的发展,涩北气田已经建成了涩北一号、涩北二号和台南三大气田,共计15个集气站、632口天然气井以及7条输气管道。为了保证气田及所属输气管道的安全、平稳、经济运行,需要建设一套整体的自动化控制系统。涩北气田自动化控制系统采用SCADA系统,即数据采集与监控系统,它是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统,对现场的运行设备进行监视和控制,实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。SCADA系统结构按三层模式规划,由监视中心、区域控制中心、站控系统组成。监视中心完成对气田及所属输气管道的集中调度管理。区域控制中心完成对本气田及所属输气管道的集中管理。站控系统完成对场站内部的管理控制。通过建设整套的SCADA系统,最终可以实现对整个气田的生产控制管理。本人针对涩北气田的具体工艺流程,介绍了整体SCADA系统的设计要求、架构设计、设备选型、功能开发,并具体对井口控制系统设计、站控系统设计、上位机HMI软件设计部分进行了详细的描述。在井口控制系统设计部分,首先介绍了涩北气田井口的特点。涩北气田共计15个集气站,每个集气站管辖30-60口井不等,其特点是对每个集气站来说井口数量大,但井口需要采集的参数仅仅包括：井口油管压力、井口套管压力、井口温度,相对来说工艺简单、采集数据简单。根据其特点设计了采用高性价比设备,即采用北京龙鼎源科技有限公司拥有自主知识产权的DRAC-100型RTU作为井口控制系统的控制器。之后重点介绍了DRAC-100控制器的性能、特点、硬件配置等等,介绍了太阳能供电系统的组成以及特点。再之后,介绍了基于DRAC-100的井口控制系统详细设计,其中包括硬件设计即对所供硬件设备进行设计集成,具体包括：机柜布置设计,最后形成机柜布置图；接线端子布置设计,最后形成接线图；通讯设计,最后采用数传电台使用MODBUS协议进行集气站到井口的数据通讯。在站控系统设计部分,首先介绍了涩北气田集气站站场工艺流程及测控参数、测控要求。结合工艺以及生产要求,站控系统主要是用于采集现场信号,如压力、温度、液位、流量等,并对现场阀门进行控制,部分设备需要做连锁控制,包括：阀门的控制逻辑、进站紧急切断阀与压降速率连锁逻辑、紧急关站逻辑、分离器排污阀与液位连锁逻辑、可燃气体报警与轴流风机连锁逻辑,以及需要标准孔板流量计计量程序。根据站控系统的特点,其主要设备应该包括：冗余RTU作为过程控制单元的主控制器、远程IO模块采集现场数据、上位机软件用于实现数据采集、数据库管理、控制指令下发、监测报警与事件、报表、趋势、人机交互等功能,以及其他辅助设备,如控制室机柜及附件、现场防爆接线箱及附件等等。再根据系统性能要求,选择了美国Emerson旗下BB公司的CCRS冗余控制器作为主控制器,选用BB公司的Remote IO模块作为远程IO模块采用采集现场数据,选用美国霍尼韦尔公司的PKS软件作为上位机软件。之后之后介绍了CCRS控制器的特点、性能。再之后重点介绍了站控系统的硬件设计,包括RTU控制柜的设计,形成了RTU机柜设计图、220VAC分配图、24VDC分配图；防爆接线箱的设计,形成了防爆接线箱设计图；服务器机柜设计,形成了服务器机柜布置图。再之后,重点介绍了站控系统测控程序的开发环境OPENBSI软件,以及使用OPENBSI开发环境对站控系统的测控程序进行具体的设计,包括数据采集程序、数据转换程序、阀门控制程序、排污阀与液位连锁程序、加热炉间可燃气体报警与轴流风机连锁程序、放空火炬点火程序、孔板流量计流量计算程序、超声波流量计温压补偿计算程序、流量累计程序、与上位机PKS通讯程序。在上位机HMI软件设计部分,首先重点介绍了美国霍尼韦尔公司的PKS软件,以及PKS软件作为上位机HMI的开发环境所具有的特点,包括：基于Microsoft公司Windows操作系统的服务器,利用高速动态缓存区采集实时数据,提供报警、显示操作、历史数据采集、报表报告等服务功能；HMIWeb技术基于开放的工业标准的html文件格式和Web浏览器的访问界面,为用户提供一个安全的先进的人机界面；提供300幅标准画面,用户可以对这些画面进行操作,并创建用户自己所需的操作画面；集成的在线文档；集成化的网络；采用基于服务器/客户机的实时数据库结构对多个操作站应用同时提供各种数据等等。之后介绍了如何使用PKS软件完成数据读取、画面绘制、报警、趋势、历史记录储存等功能,包括使用QuickBuilder完成数据采集组态；使用HMI Display Builder完成人机界面绘制；使用Station实现查看事件记录、查看报警、查看趋势、查看历史趋势等功能。最终,介绍了本文所述系统的特色以及投产使用效果,本文所述系统投产应用在涩北气田,自2012年12月投产至今,系统稳定、有效地采集到了现场的各类数据,并可以通过上位机对现场设备进行有效控制,出现紧急情况是连锁保护功能也可以正常启动,流量计算准确,达到了预期的目的,受到了用户的称赞。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE938;TE978

【参考文献】